观测黑洞自转

撰文｜凯莱布·沙夫（Caleb Scharf）

翻译｜赵昌昊

想要了解遥远的黑洞非常困难，不过天文学家想出了好办法。他们通过研究一对黑洞双星来测定其中一个黑洞的自转速度。

黑洞可能质量极大，但极其致密，因此想要认识距离我们十分遥远的黑洞并不容易。为了测定黑洞的物理性质，天文学家必须找到十分巧妙的观测手段。

一个国际天文学研究团队提出了一种方法——利用大质量黑洞双星系统中两个黑洞的相互作用，测量单个黑洞的自转速度，这一研究结果发表在了《天体物理学杂志通讯》上。

OJ 287是距离地球约35亿光年的超大质量黑洞双星系统，其中质量较大的黑洞大约有180亿倍太阳质量，较小的则只有1.5亿倍太阳质量。由于两个黑洞质量相差悬殊，小黑洞的轨道穿过了大黑洞的吸积盘。吸积盘是一团围绕黑洞旋转的超高温物质，会发出大量可见光，而小黑洞每隔12年便会穿过大黑洞的吸积盘，导致观测到的光强发生变化。

天文学家根据大黑洞周围可见光变化的规律，并考虑到小黑洞的椭圆轨道的进动，成功预测到OJ 287双星系统在2015年11月和12月各有一次光强变化。在这期间，他们精确地测量出可见光的强度改变量，从而间接获知大黑洞的自转速度。结果表明，大黑洞的自转速度是广义相对论所允许的最大自转速度的31％。

将本次观测数据与先前的观测进行比对，结果明确地显示出该系统的绕转周期在不断缩短，这是由于系统正在向外辐射引力波。引力波是黑洞运动所引起的时空结构的振荡，它会从双星系统中带走能量，导致两个黑洞逐渐靠近。

换句话说，天文学家正通过OJ 287双星系统目睹两个超大质量黑洞的合并过程。而在黑洞临近合并的阶段，它们将越转越快，光强变化也会更加频繁。